互联网JAVA面试常问问题（七）- 带你走入AQS同步器源码
互联网JAVA面试常问问题（七）- 带你走入AQS同步器源码
周末叫醒我的不是忘记关掉的闹钟，而是一颗爱学习的红心～大家周日好，欢迎和小强一起继续研究互联网JAVA面试题～
上一篇文章中，小强给大家介绍了可重入锁的相关知识，通过学习ReentrantLock的源码能够看出，它继承了AbstractQueuedSynchronizer。所以，本文再简单的的介绍一下AQS的源码。
AbstractQueuedSynchronizer
队列式的同步器，AQS定义了一套多线程访问共享资源的同步器框架，许多同步类实现都依赖于它，如常用的ReentrantLock/Semaphore/CountDownLatch。AQS的源码如下：
public abstract class AbstractQueuedSynchronizer
extends AbstractOwnableSynchronizer
implements java.io.Serializable {
protected AbstractQueuedSynchronizer() { }
static final class Node {
........
}
private transient volatile Node head;
private transient volatile Node tail;
private volatile int state;
protected final int getState() {
return state;
}
protected final void setState(int newState) {
state = newState;
}
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { // See below for intrinsics setup to support this
return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}从源码可以看出，AQS内部使用一个int成员变量表示同步状态，通过内置的FIFO队列来完成资源获取线程的排队工作，多线程争用资源被阻塞时会进入此队列，其中volatile修饰了以下变量，来保证了多线程之间的可见：
1.内部状态state
2.等待队列的头节点head
3.等待队列的尾节点head。
state的访问方式有三种:
1.getState()
2.setState()
3.compareAndSetState()
其中FIFO队列的实现如下，每个节点中，除了存储了当前线程，前后节点的引用以外，还有一个waitStatus变量，用于描述节点当前的状态（共四种状态：1.CANCELLED 取消状态；2.SIGNAL 等待触发状态；3.CONDITION 等待条件状态；4.PROPAGATE 状态需要向后传播 ）
static final class Node {
static final AbstractQueuedSynchronizer.Node SHARED = new AbstractQueuedSynchronizer.Node();
static final AbstractQueuedSynchronizer.Node EXCLUSIVE = null;
static final int CANCELLED = 1;
static final int SIGNAL = -1;
static final int CONDITION = -2;
static final int PROPAGATE = -3;
volatile int waitStatus;
volatile AbstractQueuedSynchronizer.Node prev;
volatile AbstractQueuedSynchronizer.Node next;
volatile Thread thread;AbstractQueuedSynchronizer.Node nextWaiter;
final boolean isShared() {
return nextWaiter == SHARED;
}
final AbstractQueuedSynchronizer.Node predecessor() throws NullPointerException {
AbstractQueuedSynchronizer.Node p = prev;
if (p == null)
throw new NullPointerException();
else
return p;
}
}AQS的不同子类争用共享资源的方式也不同。AQS子类中，只需要实现共享资源state的获取与释放方式即可，至于具体线程等待队列的维护（如获取资源失败入队/唤醒出队等），AQS已经在顶层实现好了。自定义同步器实现时主要实现以下几种方法：
isHeldExclusively()：该线程是否正在独占资源。只有用到condition才需要去实现它。
tryAcquire(int)：独占方式。尝试获取资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryRelease(int)：独占方式。尝试释放资源，成功则返回true，失败则返回false。
tryAcquireShared(int)：共享方式。尝试获取资源。负数表示失；0表示成功，但没有剩余可用资源；正数表示成功，且有剩余资源。
tryReleaseShared(int)：共享方式。尝试释放资源，如果释放后允许唤醒后续等待结点返回true，否则返回false。在AQS中，有两种资源共享方式：Exclusive（独占，只有一个线程能执行，如ReentrantLock）和Share（共享，多个线程可同时执行，如Semaphore/CountDownLatch）。接下来主要介绍Exclusive下是如何获取和释放锁的：
锁获取acquire(int)
/**
* Acquires in exclusive mode, ignoring interrupts. Implemented
* by invoking at least once {@link #tryAcquire},
* returning on success. Otherwise the thread is queued, possibly
* repeatedly blocking and unblocking, invoking {@link
* #tryAcquire} until success. This method can be used
* to implement method {@link Lock#lock}.
*
* @param arg the acquire argument. This value is conveyed to
* {@link #tryAcquire} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
*/
public final void acquire(int arg) {
if (!tryAcquire(arg) &&
acquireQueued(addWaiter(Node.EXCLUSIVE), arg))
selfInterrupt();
}所以在获取锁的过程中，我们看到了如下步骤
1.tryAcquire()尝试直接去获取资源，如果成功则直接返回；
2.addWaiter()将该线程加入等待队列的尾部，并标记为独占模式；
3.acquireQueued()使线程在等待队列中获取资源，一直获取到资源后才返回。如果在整个等待过程中被中断过，则返回true，否则返回false。
4.如果线程在等待过程中被中断过，它是不响应的。只是获取资源后才再进行自我中断selfInterrupt()，将中断补上。
锁释放release(int)
/**
* Releases in exclusive mode. Implemented by unblocking one or
* more threads if {@link #tryRelease} returns true.
* This method can be used to implement method {@link Lock#unlock}.
*
* @param arg the release argument. This value is conveyed to
* {@link #tryRelease} but is otherwise uninterpreted and
* can represent anything you like.
* @return the value returned from {@link #tryRelease}
*/
public final boolean release(int arg) {
if (tryRelease(arg)) {
Node h = head;
if (h != null && h.waitStatus != 0)
unparkSuccessor(h);
return true;
}
return false;
}此方法是独占模式下线程释放共享资源的顶层入口。它会释放指定量的资源，如果彻底释放了（即state=0）,它会唤醒等待队列里的其他线程来获取资源。它调用tryRelease()来释放资源。
小结
最后再回顾一下AQS的应用，以及ReentrantLock是如何实现的
ReentrantLock中state初始化为0，表示未锁定状态。当一个线程lock()时，会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1。此后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到此线程unlock()到state=0（即释放锁）为止，其它线程才有机会获取该锁。当然，释放锁之前，这个线程自己是可以重复获取此锁的（state会累加），这就是可重入的概念。但要注意，获取多少次就要释放多么次，这样才能保证state是能回到零态的。
一般来说，自定义同步器要么是独占方法，要么是共享方式，他们也只需实现tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种即可。但AQS也支持自定义同步器同时实现独占和共享两种方式，如ReentrantReadWriteLock。
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